DE2152000B2 - Schaltungseinrichtung zur betriebsgetreuen Nachbildung eines Thyristor-Schwingstromschalters und zur Darstellung dessen Verhaltens unter Impulsbelastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung zur betriebsgetreuen Nachbildung der Impulsbelastung eines in einem Reihenschwingkreis löschbaren Thyristors in Gegenparallelschaltung mit einer Diode (rückwärtsleitender Thyristor) bei Nieder- und Mittelfrequenzbetrieb und zur Darstellung der das Verhalten des Thyristors unter Impulsbelastung kennzeichnenden Meßdaten, insbesondere der Freiwerdezeit, bei welcher Einrichtung die Gegenparallelschaltung des Thyristors und der Diode in einem Reihenschwingkreis mit einer mit dem Thyristor gleichsinnig gepolten ersten Gleichrichterdiode und einem als Stromquelle für sehr kurze und leistungsstarke Schwingstromimpulse verwendeten Kondensator angeordnet ist und über den Thyristor der positive, über die gegenparallele Diode der negative Schwingstrom fließt und bei welcher eine durch ein Steuerungsmittel mit der Zündfolgefrequenz und mit veränderbarer Verzögerung jeweils nach dem Zünden des Thyristors geschaltete Schalteinrichtung zur Messung der Freiwerdezeit und Beaufschlagung des Thyristors mit einem im Anstieg veränderbaren Vorwärtsspannungsimpuls verwendet ist, mit einem den Vorwärtsspannungsimpuls speichernden Kondensator. Der obenerwähnte, in einem Reihenschwingkreis in Gegenparallelschaltung mit einer Diode löschbare Thyristor (sogenannter rückwärtsleitender Thyristor), ist durch die RCA-Druckschrift »RCA, Electronic Components, Jahrgang 1968, Seiten 1 bis 7« als eine für die Horizontal-Ablenkung in Fernsehgeräten verwendete Thyristorschaltung bekannt.

Mit dieser ist es besser als mit Transistoren und auf einfache Art möglich, große Leistungen zu schalten, wobei das Problem besteht, daß bereits bei Schaltfrequenzen unterhalb von 1 KHz die Einschaltverluste der Thyristoren merklich werden und daß darüber hinaus auch die Ausschaltverluste in Erscheinung treten. Bei der bekannten mit etwa 16 KHz betriebenen Zeilenablenk-Thyristorschaltung, die im folgenden fortan als ein

Thyristor-Schwingstromschalter bezeichnet wird, sind daher schaltungs- und betriebstechnische Vorkehrungen getroffen, um die Schaltverluste in Grenzen zu halten. Es besteht das positive und negative Schwingströme schaltende Schaltglied des Thyristorschalters aus einer Gegenparallelschaltung eines Thyristors und einer Gleichrichterdiode, von welchen der Thyristor nur den positiven, die Gleichrichterdiode nur den negativen Schwingstrom führt. Die Schaltverluste sind dabei praktisch nur bei dem Thyristor problematisch. Denn

dieser wird, wenn der Schwingstrom des Zeilenrücklaufs durch ein ebensolches gesondertes Schaltglied geschaltet wird, der Höhe der Ablenkfrequenz entsprechend belastet Am Thyristor der Gegenparallelschaltung steht beim Löschen nur eine geringe Rückwärtsspannung an,

so daß die Ausschaltverluste vernachlässigbar klein sind. Andererseits wird beim Zünden des Thyristors nicht die volle Kathodenfläche stromleitend, wodurch die Einschaltverluste im Verhältnis zu den Durchlaßverlusten groß sind.

Es ist deshalb notwendig, Verhalten und Funktionsvermögen von Thyristoren unter Schaltbetriebsbedingungen zu überwachen. Hierzu dient die Messung und Überwachung der Freiwerdezeit, insbesondere von

rückwärtsleitenden Thyristoren bei Mittelfrequenzbetrieb, weil diese unter geringer Rückwärtsspannung zwangsgelöscht werden, sowie deren Zündfestigkeit gegenüber der Steilheit des Anstiegs der nach dem Löschen wiederkehrenden Vorwärtsspannung und deren Sperrfestigkeit gegenüber Steilheit und Höhe der beim Zünden eingeschalteten Stromimpulse.

Durch die kombinierte Überwachung dieser Thyristoreigenschaften, die für das dynamische Verhaken kennzeichnend sind, wird die Impulsfreiwerdezeit von Thyristoren erfaßt Testverfahren sowie eine Schaltung zur Messung der Impulsfreiwerdezeit von gewöhnlichen (unipolaren, rückwärtssperrenden) Thyristoren sind von R. F. D y e r in »SCP and Solid State Technology, April 1965 Seiten 15 bis 20« beschrieben.

Es sind ferner Verfahren und Schaltungen zur Messung der Freiwerdezeit gewöhnlicher Thyristoren bekannt durch »Elektronik«, 1967, Seiten 233—235 und »Elektrik« 24 (1970), Seiten 369 bis 371 sowie durch die US-PS 34 83471 und »messen und prüfen«, Nov. 1968, Seiten 625 bis 627. In den vorangehend an dritter und an vierter Stelle angeführten Literaturstellen sind Meßschaltungen beschrieben, die sich möglichst vielseitig den Bedingungen der Praxis anpassen können, indem sich die einzelnen Parameter in weiten Bereichen und unabhängig voneinander einstellen lassen. Es sind hierdurch z. B. An- und Zuordnung einer Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art bei Freiwerdezeit-Meßschaltungen bekannt, mittels welcher die in der Vorwärtsrichtung wiederkehrende Spannung veränderbar verzögert an dem Testthyristor nach dem Löschen schaltbar ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungseinrichtung zur Messung der Impulsfreiwerdezeit eines in einem Reihenschwingkreis löschbaren und als sogenannten Thyristor-Schwingstromschalter verwendeten rückwärtsleitenden Thyristors und somit zur Darstellung des dynamischen Verhaltens des Thyristors unter Impulsbelastung ohne großen Schaltungsaufwand zu schaffen, in welcher Schaltung der Thyristor zur betriebsgetreuen Nachbildung der Impulsbelastung im Mittelfrequenzbetrieb sowie auch im Niederfrequenzbetrieb mit geringen Schaltverlusten ein- und ausschaltbar ist

Es wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der der Schalteinrichtung zugeordnete Kondensator über eine zweite, für den Ladestrom des Kondensators durchlässige Gleichrichterdiode dem Kondensator des Reihenschwingkreises parallel geschaltet ist und die Zeitkonstante zum Laden des Kondensators aus einer Gleichspannungsquelle über einen Widerstand so gewählt ist, daß dieser Kondensator in einem entsprechend einer maximal einzustellenden Schonzeit für den Thyristor verzögerten Schaltzeitpunkt der Schalteinrichtung noch nicht in der Ladepolarität zurückgeladen ist, und daß dem Thyristor über dessen Steuerelektrode negative Ausräumstromimpulse zur Beschleunigung des Löschens zugeführt sind.

Um mit Hilfe dieser Schaltungseinrichtung die Impulsfreiwerdezeit rückwärtsleitender Thyristoren bei unterschiedlicher Impulsbelastung messen und darstellen zu können und dabei zu verhindern, daß bei einem Wiederzünden des Thyristors infolge großer Impulsbelastung Dauerstrombelastung vorkommt, ist einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß eine aus der Gleichspannung der Betriebsspannungsquelle der Schaltungseinrichtung und einer mittels eines Stufenpotentiometers von einer zusätzlichen Gleichspannungsquelle abgegriffene Zusatzspannung gebildete Gesamtspannung dem Kondensator der Schalteinrichtung über die zweite Gleichrichterdiode zugeführt ist und ferner einem an sich bekannten den Anstieg des Vorwärtsspannungsimpulses am Thyristor bildenden RC Glied der Schalteinrichtung ein Entladungswiderstand parallel geschaltet ist und daß an die Gesamtspannung ein der zweiten Gleichrichterdiode gleichsinnig

ι ο gepolter Transistor, welcher bei nicht in der Ladepolarität geladenem Kondensator des Schwingkreises stromleitend gesteuert ist, über einen Widerstand angeschlossen ist
Zur betriebsgetreuen Nachbildung einer Impulsbelastung eines rückwärtsleitenden Thyristors oder eines Thyristor-Schwingstromschalters insgesamt im Mittelfrequenzbetrieb sind entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung dem unipolaren Thyristor des rückwärtsleitenden Thyristors Zündimpulse mit einer Niederfrequenz-Impulsfolge zugeführt und es ist synchron hiermit die Schalteinrichtung verzögert geschaltet, während der erwähnte Thyristor auf einer Sperrschichttemperatur gehalten wird, welche sich bei Zuführung der Zündimpulse mit Mittelfrequenz-Impulsfolge und bei sonst gleicher Impulsbelastung einstellt

Eine entsprechend der Erfindung ausgebildete Schalteinrichtung selbst ist auch als Betriebsschaltung eines Thyristor-Schwingstromschalters verwendbar, in welcher ein rückwärtsleitender Thyristor mit kurzer Freiwerdezeit geschaltet werden kann.

Überdies kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung ein zerstörungsfreies Prüfen eines Thyristors in einem Thyristor-Schwingstromschalter durchgeführt werden, wobei im Thyristor und in dem Schalter insgesamt nur geringe Schaltverluste auftreten.

Für die Schaltung des Schwingstromschalters und etwaiger Zusätze ist eine Stromversorgung aus einer einzigen Stromquelle möglich.

Es sind in der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nun im folgenden näher beschrieben werden.
Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung, die im Prinzip einem einfachen Thyristorschwingstromschalter nachgebildet ist;

F i g. 2 eine der Schaltung nach F i g. 1 entsprechende Schaltung, bei der es möglich ist, den Anstieg und die Größe des an den gelöschten Thyristor geschalteten Vorwärtsspannungsimpulses zu verändern.

Die Schaltung nach F i g. 1 besteht im wesentlichen aus einem Reihenschwingkreis 1 mit einem Kondensator 11, einer Induktivität 12, einer Gleichrichterdiode 13 und der Gegenparallelschaltung eines Thyristors 14 und einer Gleichrichterdiode 15. An den Kondensator 11 des Schwingkreises ist eine Gleichspannungsquelle 2 mittels eines Schalters 5 schaltbar. Diese besteht aus einem Gleichrichter 21 und einem Siebglied 22. Die Gegenparallelschaltung 14,15 ist mit Hilfe einer Schalteinrichtung 3 über eine Gleichrichterdiode 33 mit einem den Thyristor 14 vorwärtsspannendea Gleichspannungsimpuls beaufschlagbar, der in einem Kondensator 31 gespeichert und über einen gezündeten Thyristor 34 und einen Widerstand 32 auf einer. Kondensator 32' freigegeben wird, welch letzterer durch die Gleichrichterdiode 33 mit der Gegenparallelschaltung 14_r 15 parallel geschaltet ist Der Kondensator 31 wird aus der Gleichspannungsquelle 2 über eine Gleichrichterdiode 35 geladen. Der Ladestromkreis hierfür zweigt am Kondensator U des Schwingkreises ab. Es wird

andererseits der Kondensator 11 über einen Ladewiderstand 23 aus der Gleichspannung geladen und als Speicher und Stromquelle für kurze, leistungskräftige Stromimpulse, mit denen der Thyristor 14 belastet wird, verwendet.

Es kann der vorbeschriebene Thyristorschalter betriebsecht mit einer Mittelfrequenzschaltfolge betrieben werden. Dabei ist es erforderlich, das Gehäuse des Thyristors auf einer ausreichend niedrigen Temperatur zu halten, damit die Sperrschichttemperatur des ι ο Thyristors einen zulässigen Wert, z. B. 100⁰C, annimmt. Die Zündimpulse für den Thyristor liefert mit entsprechender Pulsfrequenz ein durch einen Impulsgenerator 41 gesteuerter Impulsgeber 42 einer Steuereinrichtung 4. Ein zweiter Impulsgeber 43 mit einstellbarer Verzögerung liefert Zündimpulse gleicher Frequenz an den Thyristor 34, die mittels eines Übertragers 44 übertragen werden.

Der Thyristorschalter kann auch simulierend mit einer Niederfrequenzschaltfolge, z. B. 50 Hz, betrieben werden. Es muß hierbei die Sperrschichttemperatur des Thyristors 14 auf mittelfrequenzbetriebsechter Höhe, beispielsweise wieder auf 100° C₁ gehalten werden. Im übrigen wird an der Eigenfrequenz des Reihenschwingkreises 1 und an der Verzögerung des Impulsgebers 43 nichts verändert, so daß die Zeitabfolge Stromimpulsbelastung, Löschung und Beaufschlagung des Thyristors 14 mit einem Vorwärtsspannungsimpuls mit gleichen Zeitabständen wie bei Mittelfrequenzbetrieb erhalten bleibt.

Es sei nachfolgend die Wirkungsweise des vorbeschriebenen Thyristorschalters während einer Schaltperiode betrachtet.

Die Schaltperiode beginnt mit der Zündung des Thyristors 14. Über den gezündeten Thyristor und die Induktivität 12 wird der von der Gleichspannungsquelle 2 her geladene Schwingkreiskondensator 11 auf die entgegengesetzte Spannungspolarität mit einem kurzen Stromimpuls umgeladen. Der zum Rückschwingen bestrebte Schwingkreis sperrt sodann den Thyristor 14 durch die rückwärts gerichtete Spannung des Kondensators 11. Dabei fließt ein Ausräumstrom des Thyristors und ein Nebenstrom über die Diode 15, die zusammen den Ausräumstrom der Diode 13 bilden. Währenddessen liegt eine geringe Rückwärtsspannung von der Größe der Schleusenspannung der Diode 15 am Thyristor, die auch anschließend, wenn ein Sperrstrom über Diode 13 fließt, erhalten bleibt Der Ausräumvorgang beim Thyristor wird noch durch einen über dessen Steuerelektrode geführten negativen Strom beschleunigt. Thyristor 14 wird dadurch alsbald in Vorwärtsrichtung sperrfähig. Der Impulsgeber 43 gibt sodann einen gegenüber dem Thyristorzündimpuls verzögerten Zündimpuls an den Thyristor 34 der Schalteinrichtung 3. Über den gezündeten Thyristor 34 und einen Widerstand 32 wird der von der Gleichspannungsquelle 2 her geladene Kondensator 31 auf einen Kondensator 32' entladen. Der Anstieg der auf den Kondensator 32' geschalteten Spannung, die über die Diode 33 auf die Gegenparallelschaltung 14, 15 übertragen wird, ist durch die Größen von Widerstand 32 und Kondensate» 32', welche ein Zeitglied bilden, bestimmt Durch dies( Spannung wird Diode 15 gesperrt Wenn anschließen Kondensator 32' über die Widerstände 32 und 36 wiedei entladen wird, verschwindet an der Gegenparallelschal tung 14, 15 diese Spannung. Die Zeitkonstante für da: Zurückladen des Schwingkreiskondensators 11 in die Polarität der Gleichspannungsquelle 2 ist im wesentli chen durch die Kondensatorgröße und die Größe dei Widerstandes 23 bestimmt und kann so groß gewähl sein, daß der Kondensator 11 noch nach den Verschwinden des den Thyristor 14 beaufschlagender Vorwärtsspannungsimpulses in der enltgegengesetztet Polarität geladen ist Wird daher zur Messung dei Freiwerdezeit die Verzögerung, mit welcher dei Thyristor 34 nach dem Thyristor 14 gezündet wird, unc damit die Schonzeit verringert, so kann der dabei etw; wiedergezündete Thyristor 14 nicht in Dauerzündunj übergehen.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist im Vergleich mit dei nach F i g. 1 zu dem Zweck weiter ausgebaut, um da! Verhalten des Thyristors 14, insbesondere die Freiwer dezeit, bei unterschiedlich steil ansteigendem Vorwärts spannungsimpuls und unterschiedlich hohen Maximal werten desselben zu prüfen. Sie enthält eine zusätzliche Gleichspannungsquelle 2' mit einem Einweggleichrich ter 21', einem Siebkondensator 22', einen Widerstanc 23' und diesem nachgeschaltet ein Potentiometer 24' Die Gleichspannungsquellen 2 und 2' sind in Reihe geschaltet und es sind ihre Gleichrichter 21 und 21 zweckmäßig so gepolt, daß die Gleichspannungsqueller im Gegentakt belastet werden. Am Potentiometer 24 ist mittels eines Wählschalters 25' die Größe der in Kondensator 31 der Schalteinrichtung 3 gespeicherter Vorwärtsspannung für den Thyristor 14 wählbar unc direkt an den Eingang der Schalteinrichtung schaltbar Die Schalteinrichtung 3 enthält einen Satz Widerstände 32, die mittels eines Wählschalters 37 einzeln einschalt bar sind, um die unterschiedlichen Anstiege de: Vorwärtsspannungsimpulses vorgeben zn können.

Um zu verhindern, daß, wenn beim Verringern dei Schonzeit des Thyristors 14 dessen Freiwerdezeil unterschritten wird, der Thyristor von der Gleichspannungsquelle 2' her auf Dauerzündung beansprucht wird ist der Eingang der Schalteinrichtung 3 mit einem Schalttransistor 5 überbrückbar. Mit Hilfe einei Steuerschaltung 51 ist der Transistor 5 jeweils so lange stromleitend gesteuert: als der Schwingkreiskondensator 11 umgeladen ist. Dabei wird am Eingang der Schalteinrichtung 3 die Spannung der Gleichspannungsquelle 2' unwirksam.

Eine Schaltung gemäß der Erfindung weist die Vielseitigkeit auf, daß sie in der Eigenschaft als Simulierschaltung für einen bei Mittelirequenzschaltbe· trieb arbeitenden Thyristor-Schwingstromschalter zui Prüfung aller relevanten Thyristor-Parameter, nämlicli außer der Freiwerdezeit z. B. der hi&chstzulässiger Anstiege und Höhen von Einschalt- und Durchlaßstrorr und der Vorwärtsspannung im gesperrten Zustand de: Thyristors verwendbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungseinrichtung zur betriebsgetreuen Nachbildung der Impulsbelastung eines in einem Reihenschwingkreis gelöschten Thyristors in Gegenparallelschaltung mit einer Diode (rückwärtsleitender Thyristor) bei Nieder- und Mittelfrequenzbetrieb und zur Darstellung der das Verhalten des Thyristors unter Iinpulsbelastung kennzeichnenden Meßdaten, insbesondere der Freiwerdezeit, bei welcher Einrichtung die Gegenparallelschaltung des Thyristors und der Diode in einem Reihenschwingkreis mit einer mit dem Thyristor gleichsinnig gepolten ersten Gleichrichterdiode und einem als Stromquelle für sehr kurze und leistungsstarke Schwingstromimpulse verwendeten Kondensator angeordnet ist und über den Thyristor der positive, über die gegenparallele Diode der negative Schwingstrom fließt, und bei welcher eine durch ein Steuerungsmittel mit der Zündfolgefrequenz und mit veränderbarer Verzögerung jeweils nach dem Zünden des Thyristor geschaltete Schalteinrichtung zur Messung der Freiwerdezeit und Beaufschlagung des Thyristors mit einem im Anstieg veränderbaren Vorwärtsspannungsimpuls verwendet ist, mit einem den Vorwärtsspannungsimpuls speichernden Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der der Schalteinrichtung (3) zugeordnete Kondensator (31) über eine zweite, für den Ladestrom des Kondensators durchlässige Gleichrichterdiode (35) dem Kondensator (11) des Reihenschwingkreises (1) parallel geschaltet ist und die Zeitkonstante zum Laden des Kondensators (11) aus einer Gleichspannungsquelle (2) über einen Widerstand (23) so gewählt ist, daß dieser Kondensator in einem entsprechend einer maximal einzustellenden Schonzeit für den Thyristor (14) verzögerten Schaltzeitpunkt der Schalteinrichtung (3) noch nicht in der Ladepolarität zurückgeladen ist, und daß dem Thyristor (14) über dessen Steuerelektrode negative Ausräumstromimpulse zur Beschleunigung des Löschens zugeführt sind.

2. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus der Gleichspannung der Betriebsspannungsquelle (2) der Schaltungseinrichtung und einer mittels eines Stufenpotentiometers (24') von einer zusätzlichen Gleichspannungsquelle (2') abgegriffenen Zusatzspannung gebildete Gesamtspannung dem Kondensator (31) der Schalteinrichtung über die zweite Gleichrichterdiode (35) zugeführt ist und ferner einem an sich bekannten den Anstieg des Vorwärtsspannungsimpulses am Thyristor (14) bildenden ÄC-Glied (32,32', 37) der Schalteinrichtung (3) ein Entladungswiderstand (36) parallel geschaltet ist und daß an die Gesamtspannung ein der zweiten Gleichrichterdiode(35) gleichsinnig gepolter Transistor, welcher bei nicht in der Ladepolarität geladenem Kondensator (11) des Schwingkreises (1) stromleitend gesteuert ist, über einen Widerstand (26) angeschlossen ist

3. Schaltungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Thyristor (14) zur Nachbildung einer Mittelfrequenz-Impulsbelastung Zündimpulse mit einer Niederfrequenz-Impulsfolge zugeführt sind und synchron hiermit die Schalteinrichtung (3) verzögert geschaltet ist, während der Thyristor auf einer Sperrschichttemperatur gehalten wird, welche sich bei Zuführung der Zündimpulse mit Mittelfrequenz-Impulsfolge und bei sonst gleicher Impulsbelastung einstellt